馬強(qiáng)
本文對(duì)寶鋼大方坯連鑄實(shí)際生產(chǎn)條件下不同鋼水過(guò)熱度和二冷比水量對(duì)40NVS 非調(diào)質(zhì)鋼宏觀偏析的影響進(jìn)行了研究。結(jié)果表明:硫與碳的偏析規(guī)律類似，高過(guò)熱度時(shí)，增加二冷比水量使低倍一般疏松級(jí)別增加。采用高過(guò)熱度、弱二冷比水量更有利于40NVS 非調(diào)質(zhì)鋼橫斷面內(nèi)成分均勻性的改善，可以滿足汽車用鋼質(zhì)量要求。
汽車工業(yè)正朝著高性能、低成本、輕量化的方向發(fā)展，相應(yīng)地，對(duì)汽車用鋼的要求也在不斷提高。尤其是汽車動(dòng)力系統(tǒng)，如發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸、連桿等零部件對(duì)鋼材的要求越來(lái)越苛刻。因此，能否滿足汽車企業(yè)對(duì)原材料的要求已經(jīng)成為當(dāng)前衡量一個(gè)鋼鐵企業(yè)產(chǎn)品檔次和質(zhì)量水平的重要標(biāo)志之一。節(jié)能型微合金非調(diào)質(zhì)鋼由于省去了高能耗的調(diào)質(zhì)工序，作為環(huán)境友好型產(chǎn)品受到了汽車工業(yè)的廣泛青睞，日本的一些汽車曲軸等零部件90%以上采用非調(diào)質(zhì)鋼制造。
寶鋼股份電爐大方坯連鑄生產(chǎn)線為滿足高端市場(chǎng)需求、不斷改善汽車零部件用鋼的成分均勻性。作為實(shí)踐案例之一，本文選取了40NVS 非調(diào)質(zhì)鋼，對(duì)不同連鑄鋼水過(guò)熱度和二冷比水量條件下宏觀偏析的情況進(jìn)行了研究。
1 研究條件和方法
1.1 試驗(yàn)方案
試驗(yàn)在寶鋼股份鋼管條鋼事業(yè)部150 噸電爐連鑄大方坯生產(chǎn)線進(jìn)行。工藝流程為:EAF 超高功率交流電弧爐→LF 鋼包精煉→VD 真空脫氣→CC 大方坯連鑄。
試驗(yàn)的鋼種為40NVS，實(shí)際化學(xué)成分(中間包鋼水樣，光譜法分析)如表1 所示，液相線溫度為1493℃。連鑄采用結(jié)晶器與凝固末端復(fù)合式電磁攪拌，拉速為0.65m/min，比水量采用0.20L/t 與0.26L/t對(duì)比模式。中間包鋼水過(guò)熱度采用點(diǎn)測(cè)量方法(每爐測(cè)溫次數(shù)不少于5次)，過(guò)熱度取測(cè)量結(jié)果的算術(shù)平均值。試驗(yàn)共連續(xù)澆鑄2爐鋼。
1.2 分析方法
連鑄坯熱送熱裝入加熱爐加熱，經(jīng)初軋開(kāi)坯后，軋制成Φ90mm 棒材。對(duì)棒材從低倍與碳、硫成分偏析兩方面檢測(cè)宏觀偏析情況，具體方法為:
1)低倍檢驗(yàn):在每爐、每流的中間連鑄坯軋制的棒材上取薄片樣，按GB226標(biāo)準(zhǔn)做低倍宏觀酸浸試驗(yàn)，采用熱酸法浸蝕，按GB/T1979 第二套評(píng)級(jí)圖譜進(jìn)行評(píng)級(jí)。
2)碳、硫紅外分析:在酸浸后的低倍試樣上(取樣前將表面的酸浸部分剔除)，以圓點(diǎn)為中心、在任意直徑方向上每隔10mm 用直徑5mm 鉆頭取屑樣2-3g，樣品編號(hào)1-9 號(hào)，其中5 號(hào)為中心；另在該直徑兩旁柱狀晶與等軸晶交界處(CET)取4 點(diǎn)，樣品編號(hào)10-13 號(hào)，每片試樣共取13 個(gè)點(diǎn)(如圖1)，采用CS-444 紅外碳、硫氣體分析儀按GB/T20123 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行碳、硫含量測(cè)定。
2 結(jié)果與分析
2.1 連鑄工藝對(duì)低倍組織的影響
試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。在所有條件下低倍偏析均為0級(jí)。試驗(yàn)結(jié)果表明，澆鑄鋼水過(guò)熱度對(duì)低倍組織影響較大。高過(guò)熱度、弱比水量下，低倍組織以中心疏松為主，級(jí)別為1.0-1.5。高過(guò)熱度、大比水量以及低過(guò)熱度時(shí)，低倍為一般疏松，級(jí)別1.5-2.0。
在比水量不變的條件下，鋼水過(guò)熱度由37℃下降至9℃時(shí)，低倍一般疏松的程度加重。二冷比水量對(duì)低倍組織也有影響。在過(guò)熱度不變的條件下，加大比水量，一般疏松的程度加重。從低倍結(jié)果評(píng)級(jí)來(lái)看，在高過(guò)熱度情況下比水量對(duì)低倍組織的影響更加顯著。
2.2 連鑄工藝對(duì)碳、硫宏觀偏析的影響
1)過(guò)熱度對(duì)碳、硫偏析的影響
定義碳、硫含量的實(shí)測(cè)值與熔煉成分的比值為偏析指數(shù)(C/CO)，各點(diǎn)的碳、硫偏析指數(shù)及分布情況見(jiàn)表2、圖2。
從表2 可以看出，高過(guò)熱度條件下的碳、硫宏觀偏析明顯好于低過(guò)熱度的情況。以0.20L/t比水量為例，過(guò)熱度為37℃時(shí)，碳的偏析指數(shù)(取1st、2st 平均值)為0.98-1.06，標(biāo)準(zhǔn)差為0.025，碳、硫含量極差分別為0.03%、0.0045%，而過(guò)熱度為9℃時(shí)，碳偏析指數(shù)為0.94-1.10，標(biāo)準(zhǔn)差為0.04，碳、硫含量極差分別達(dá)0.06%、0.0085%。
從圖2 可以明顯看出，高過(guò)熱度下，靠近邊部的3 點(diǎn)(序號(hào)1、2、3 或7、8、9)，成分波動(dòng)小(近似為直線)，中心區(qū)域第4 點(diǎn)和第6 點(diǎn)為負(fù)偏析，第5 點(diǎn)為正偏析，橫斷面內(nèi)碳分布曲線呈理想的“w”形，極差僅為0.032%(1st、2st 平均值)。而低過(guò)熱度下，碳在整個(gè)橫斷面內(nèi)出現(xiàn)了較嚴(yán)重的宏觀偏析，碳的最高點(diǎn)出現(xiàn)在相當(dāng)于連鑄柱狀晶與等軸晶交界位置(CET)，最低點(diǎn)處于棒材中心，碳含量極差達(dá)0.063%，較高過(guò)熱度的情況明顯偏大。
2)比水量對(duì)碳、硫偏析的影響
在高過(guò)熱度條件下，將比水量增加到0.26L/t 后，碳在斷面上的分布曲線形狀發(fā)生了改變，除邊緣出現(xiàn)較大碳波動(dòng)外，中心也由正偏析變?yōu)樨?fù)偏析，形狀變?yōu)榈湫偷?ldquo;M”形，整個(gè)斷面內(nèi)碳的波動(dòng)幅度增加到0.044%，表明在高過(guò)熱度情況下，加大比水量使成分的均勻性惡化。低過(guò)熱度時(shí)加大比水量，碳的分布曲線形狀發(fā)生了輕微變化，但碳含量的極差未發(fā)生明顯改變，兩種比水量下，碳含量極差均超過(guò)0.06%，表明在此條件下，過(guò)熱度對(duì)宏觀偏析的影響占主導(dǎo)，而與水量的關(guān)系不大。
3 討論
一般認(rèn)為，連鑄高過(guò)熱度時(shí)柱狀晶發(fā)達(dá)，并造成嚴(yán)重的宏觀偏析。通常采取低過(guò)熱度澆鑄技術(shù)、獲得高等軸晶率的辦法來(lái)降低中心偏析。不同于以往研究結(jié)果，寶鋼大方坯連鑄機(jī)在37℃的高過(guò)熱度下，生產(chǎn)的40NVS 鋼含碳量極差獲得了較低的水平，顯著低于含碳量為0.20%的齒輪鋼在相近過(guò)熱度時(shí)的極差，而9℃的低過(guò)熱度造成了碳在橫斷面上的不均勻分布，并產(chǎn)生明顯的宏觀偏析。因此，對(duì)大方坯連鑄而言，低過(guò)熱度澆鑄理論并不適用。相反，適當(dāng)提高鋼水過(guò)熱度，增加柱狀品長(zhǎng)度，并輔以適當(dāng)?shù)哪棠┒穗姶艛嚢杓夹g(shù)，對(duì)宏觀成分均勻性的改善十分有利。
4 結(jié)論
1)澆鑄鋼水過(guò)熱度對(duì)40NVS 非調(diào)質(zhì)鋼宏觀偏析的影響顯著。低倍組織方面，高過(guò)熱度下以中心疏松為主，級(jí)別為1.0-1.5 級(jí)，低過(guò)熱度時(shí)以一般疏松為主，級(jí)別為1.5-2.0 級(jí)。高過(guò)熱度下橫斷面內(nèi)的碳、硫的分布較低過(guò)熱度更加均勻，37℃過(guò)熱度下，碳、硫極差分別為0.03%、0.004%，而9℃過(guò)熱度下分別為0.06%、0.007%。
2)二冷比水量對(duì)低倍及碳、硫宏觀偏析有一定影響，加大比水量后低倍一般疏松程度加重，且在高過(guò)熱度時(shí)的影響略大于在低過(guò)熱度的情況。高過(guò)熱度條件下采用弱比水量更有利于斷面碳成分均勻性的改善，而低過(guò)熱度下，水量的影響不顯著。
3)采用相對(duì)高過(guò)熱度、弱比水量工藝生產(chǎn)的40NVS 非調(diào)質(zhì)鋼宏觀偏析可以滿足高品質(zhì)汽車曲軸用鋼的質(zhì)量要求。